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文檔簡(jiǎn)介
1、1.5-2.0μm近、中紅外波段半導(dǎo)體激光器在通訊、測(cè)高、測(cè)距、遙感等方面有著廣泛的應(yīng)用。研究位于該波段的低維半導(dǎo)體量子激光光源,已經(jīng)成為半導(dǎo)體研究領(lǐng)域中的國(guó)際前沿和熱點(diǎn)之一。本論文主要圍繞1.5-2.0μm近、中紅外波段半導(dǎo)體激光器材料和器件開展了研究工作,通過系統(tǒng)深入地開展低維In(Ga)As量子點(diǎn)激光器材料、中紅外銻化物量子阱In(Al)GaAsSb激光器材料的MBE外延生長(zhǎng)技術(shù)研究,探索了1.5-2.0μm近、中紅外波段In(G
2、a)As(Sb)低維量子尺寸(量子點(diǎn)、量子阱)激光器材料制備技術(shù)。通過優(yōu)化材料質(zhì)量,深入開展工藝研究,制備了位于該波段的半導(dǎo)體激光器件,為進(jìn)一步開展近、中紅外波段半導(dǎo)體激光器材料和器件研究提供了基礎(chǔ)材料和技術(shù)支持。
主要開展的研究?jī)?nèi)容如下:
1)在1.5μm波段,深入開展了外延生長(zhǎng)In(Ga)As/GaAs量子點(diǎn)激光器材料研究,分析了生長(zhǎng)溫度、生長(zhǎng)速度、Ⅴ/Ⅲ族束流比、摻雜濃度以及量子點(diǎn)密度、形狀等對(duì)生長(zhǎng)質(zhì)量和發(fā)光效
3、率的影響;首次采用Sb敏化和InGaAs應(yīng)變減小層技術(shù)拓展波長(zhǎng)的同時(shí),優(yōu)化生長(zhǎng)速率和退火溫度,在有源區(qū)優(yōu)化有效p型摻雜以及采用分別限制漸變折射率AlGaAs限制層的設(shè)計(jì),分析了結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)的光學(xué)性質(zhì)和電學(xué)性質(zhì)的影響。
2)在1.5-2μm波段,主要開展了InGaAs(Sb)的優(yōu)化生長(zhǎng)研究。優(yōu)化材料生長(zhǎng)條件和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),開展高質(zhì)量、高發(fā)光效率的InGaAsSb/AlGaAsSb量子阱生長(zhǎng)研究,提高有源區(qū)增益、降低激射閾值;
4、獲得了高均勻性、高晶體質(zhì)量的InGaAsSb/AlGaAsSb材料,獲取了提高量子阱結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)質(zhì)量的技術(shù)手段。
3)深入開展了GaAs基量子點(diǎn),GaSb基量子阱材料的器件工藝研究。
(1)解決了GaSb基材料的刻蝕、鈍化和歐姆接觸等關(guān)鍵工藝技術(shù)問題;
(2)評(píng)價(jià)和表征了器件特性,分析了影響器件閾值、效率等因素。
4)開展了位于1.5-2μm波段低維In(Ga)As(Sb)量子點(diǎn)激光器材料、中紅外銻化
5、物量子阱In(Al)GaAsSb激光器技術(shù)研究。
(1)系統(tǒng)研究了影響量子點(diǎn)的生長(zhǎng)因素。開展了采用多層量子點(diǎn)在量子阱中(DWELL)結(jié)構(gòu)的激光器研究。為了提高激光器有源區(qū)量子點(diǎn)的均勻性,增加有效激射量子點(diǎn)的數(shù)目,采用多層量子點(diǎn)結(jié)構(gòu),通過選擇適當(dāng)?shù)牧孔狱c(diǎn)間隔層厚度,利用存在于量子點(diǎn)層之間應(yīng)力的相互作用,使量子點(diǎn)在垂直方向上相互吸引,形成大尺寸量子有源區(qū)的“應(yīng)變?nèi)斯た刂啤?,不但增大了量子點(diǎn)的體密度,還有效地改善了量子點(diǎn)分布的均勻性
6、。制備了波長(zhǎng)位于1.5μm多層量子激光器,器件測(cè)試結(jié)果表明,隨著溫度從20℃升高到60℃,在60℃時(shí)激光器仍可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)激射,輸出功率20mW左右,波長(zhǎng)為1.5μm。
(2)采用分子束外延(MolecularBeamEpitaxy,MBE)生長(zhǎng)技術(shù),制備了波長(zhǎng)位于1.6-2.3μm的InGaAsSb/AlGaAsSb多量子阱結(jié)構(gòu)材料。在此基礎(chǔ)上制備的2.2μm波長(zhǎng)激光器,測(cè)得激光器件的閾值電流密度為187A/cm2,斜率效率為
7、0.2W/A,室溫下連續(xù)輸出功率達(dá)到320mW。波長(zhǎng)隨注入溫度的變化率約為0.28nm/℃。當(dāng)溫度從20℃升高到60℃時(shí),斜率效率由20.1%減小到10.8%。
以上器件結(jié)果表明,采用MBE外延生長(zhǎng)低維In(Ga)As量子點(diǎn)激光器材料、中紅外In(Al)GaAsSb銻化物量子阱激光器材料,為1.5-2μm波段近、中紅外半導(dǎo)體材料和激光器研究提供了新的有效方法和研究思路,對(duì)進(jìn)一步開展近、中紅外波段半導(dǎo)體激光器研究及應(yīng)用具有十分重
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